Modern Fizik
Nükleer ölçekte sınırlama
1 fm’deki 100 MeV foton için pγ = E/c bir momentum ölçeğidir; Δp_min = ℏ/(2Δx), dolayısıyla burada Δx·Δp = ℏ/2.
Nükleer ölçekte sınırlama — etkileşimli Modern Fizik simülasyonu. 1 fm’deki 100 MeV foton için pγ = E/c bir momentum ölçeğidir; Δp_min = ℏ/(2Δx), dolayısıyla burada Δx·Δp = ℏ/2. Canlı SI ölçümleri ve rehberli öğreticiyle ücretsiz, tarayıcı tabanlı sanal fizik laboratuvarı.
Nükleer hapsedilme
pγ = E/c, Δp_min = ℏ/(2Δx) değerinden farklıdır; burada Δx·Δp = ℏ/2.
1 fm'deki 100 MeV foton için pγ = E/c bir momentum ölçeğidir; Δp_min = ℏ/(2Δx), dolayısıyla burada Δx·Δp = ℏ/2.
- ΔxΔp ≥ ℏ/2
- Yüksek momentum
Araştırma özeti
Laboratuvarı açmadan önce soruyu planlayın
Bu özet, önceden oluşturulmuş sayfayı yansıtır: yönlendirici soru, yarışan tahminler, değişken rolleri, yöneten yasalar, kurulum, analiz ve geliştirme istemleri görünür kalır ve bu sırayı izler.
Sürüş sorusu
Bir fotonu tek bir atom çekirdeğine (yaklaşık bir femtometre çapında) hapsetmeye çalışırsanız, belirsizlik ilkesi çok büyük bir minimum momentum belirsizliği gerektirir. Bu, serbest elektronların neden bir çekirdeğin İÇİNDE asla bulunmadığını açıklamaya yardımcı oluyor mu?
Tartılacak tahminler
- Belirsizlik ilkesi nükleer ölçeklerde geçerli değildir.
- Nükleer ölçeğe hapsedilmek alışılmadık derecede küçük bir momentum belirsizliği gerektirecektir.
- Evet; herhangi bir hafif parçacığı nükleer ölçeğe hapsetmek, gerçekte gözlemlenen çekirdeklerden kaçarken gözlemlenenden çok daha büyük bir momentum belirsizliği (ve dolayısıyla enerji) gerektirecek ve içeride yaşayan elektronları dışarıda bırakacaktır.
Değişken roller
Neyi ayarladınız:
- Sınırlandırma bölgesi Δx (nm)
Ölçtüğünüz şey:
- Momentum belirsizliği Δp (×10⁻²⁰ kg·m/s)
Araştırma nasıl yürütülüyor?
- gamma-confinement ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Bu ön ayar, femtometre (10 ⁻¹⁵ m) ölçeğine yakın sınırlandırılmış bir 100 MeV fotonunu modeller.
- minimum momentum belirsizliği okumasını etkinleştirin.
- Her deneme için (nükleer ölçeğe yakın) sınırlama bölgesini Δx ayarlayın ve mümkün olan minimum momentum belirsizliğini kaydedin.
Yönetim denklemi
Nükleer Ölçekte Belirsizlik — Δx·Δp ≥ ℏ/2
Kütlesiz bir foton da dahil olmak üzere herhangi bir parçacığı Δx ≈ 10⁻¹⁵ m dahilinde sınırlamak, 10⁻²⁰ kg·m/s düzeyinde minimum momentum belirsizliği Δp ≥ ℏ/(2Δx) gerektirir; bu, çekirdeklerin içinde gerçekte bulunan parçacıklar için gözlemlenen enerjileri çok aşan enerjilere karşılık gelir.
Yazdırılabilir çalışma sayfasının öğrencilerden neyi çözmelerini istediği
- Bir deneme için, Δp_min = ℏ/(2Δx)'yi ℏ = 1.055×10⁻³⁴ J·s. kullanarak hesaplayın Tabloyla karşılaştırın — bu değerlerin heisenberg-electron deneyinden yaklaşık 10 ⁵ kat daha büyük olduğuna dikkat edin, çünkü buradaki Δx yaklaşık 10 ⁵ kat daha küçüktür.
- Bir foton için momentum enerjiyle p = E/c ile ilişkilidir. Δp_min değerlerinizi eşdeğer bir minimum enerji belirsizliğine (c ile çarpın) dönüştürmenin, nükleer boyutlarla sınırlı parçacıkların neden bu deneyin 100 MeV fotonuyla eşleşen, onlarca MeV gibi muazzam minimum enerji taşıması gerektiğini haklı çıkarmaya nasıl yardımcı olduğunu açıklayın.
Bunun laboratuvarın ötesinde ortaya çıktığı yer
- Tarihsel olarak fizikçiler bir zamanlar beta bozunumunda yayılan elektronların önceden çekirdeğin 'içinde depolanıp depolanmadığını' merak ediyorlardı. Bu belirsizlik ilkesi argümanı (nükleer ölçekle sınırlı elektronlar, beta bozunum elektronlarının gerçekte sahip olduğundan çok daha fazla enerjiye ihtiyaç duyacaktır), elektronların çekirdeğin içinde önceden var olmadıkları, bozunma anında YARATILDIKLARININ temel kanıtıydı.
- Heisenberg-elektronundaki elektronun aksine, bu deney açıkça kütlesiz bir fotonu modelliyor ve p = √(2mK) yerine p = E/c momentumunu kullanıyor. Bir fotonun momentum formülünün büyük bir parçacığınkinden neden farklı olması gerektiğini açıklayın.
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.2 Quantum physics
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- Hoş geldiniz: gama hapsedilme
- Seçin: belirsizlik düzeneği
- Oynat'a basın
- Nükleer boyut sınırı
- Denetleyiciyi açın
- Başardınız!
Sahneyi oluşturmak için etkileşimli simülasyonu açın, Oynat'a basın ve canlı ölçümler ile rehberli bir eğitim eşliğinde keşfedin.